高考化學(xué)復(fù)習(xí)第八單元化學(xué)反應(yīng)與電能第2講高考題型專項突破

高考題型專項突破電化學(xué)原理的綜合應(yīng)用題型1新型電池新型電池的主要類型有燃料電池、微生物電池、離子交換膜電池、鋰電池、鋅電池等，考查原電池工作原理及應(yīng)用等知識。考查的知識點主要有：1．電池正、負極的判斷。2．溶液中離子移動的方向、濃度大小的判斷。3．電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目。4．電流移動方向的判斷。5．電池電極反應(yīng)式的書寫及正誤判斷。答案解題思路分析例2

(2021·山東高考)以KOH溶液為離子導(dǎo)體，分別組成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清潔燃料電池，下列說法正確的是(

)A．放電過程中，K＋均向負極移動B．放電過程中，KOH物質(zhì)的量均減小C．消耗等質(zhì)量燃料，(CH3)2NNH2-O2燃料電池的理論放電量最大D．消耗1molO2時，理論上N2H4-O2燃料電池氣體產(chǎn)物的體積在標準狀況下為11.2L答案[解題思路分析]

堿性環(huán)境下，甲醇燃料電池總反應(yīng)為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O；N2H4-O2清潔燃料電池總反應(yīng)為N2H4＋O2===N2＋2H2O；偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中C和N的化合價均為－2價，H元素化合價為＋1價，所以根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理可推知其燃料電池的總反應(yīng)為(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O。放電過程為原電池工作原理，所以鉀離子均向正極移動，A錯誤；根據(jù)上述分析可知，N2H4-O2清潔燃料電池的產(chǎn)物為氮氣和水，其總反應(yīng)中未消耗KOH，所以KOH的物質(zhì)的量不變，其他兩種燃料電池根據(jù)總反應(yīng)可知，KOH的物質(zhì)的量減小，B錯誤；解題思路分析解題思路分析陌生電池電極反應(yīng)式的書寫(1)判斷正負極負極判斷要點：活潑金屬、發(fā)生氧化反應(yīng)、失電子、化合價升高等，正極反之。判斷本質(zhì)：被氧化的為負極，被還原的是正極。(2)注意酸堿性電極反應(yīng)是在一定環(huán)境中發(fā)生的，一般分非水環(huán)境(熔融)和水溶液。非水環(huán)境中，物質(zhì)得失電子后可以直接導(dǎo)電。水環(huán)境中一定注意溶液的酸堿性，如堿性環(huán)境中，如果生成氫離子要和氫氧根離子結(jié)合生成水，酸性氣體和氫氧根離子反應(yīng)生成酸根離子，金屬離子可以與氫氧根離子生成氫氧化物；同理，酸性環(huán)境中，氧氣得電子會與氫離子結(jié)合生成水。(3)留心電子數(shù)同一電池反應(yīng)中，負極失電子總數(shù)等于正極得電子總數(shù)，在書寫電極反應(yīng)式時，要留心正負兩極得失電子數(shù)相等。避免在利用電極反應(yīng)式疊加得到總反應(yīng)式，或總反應(yīng)式與其中一極反應(yīng)式相消得到另一極反應(yīng)式時產(chǎn)生錯誤。(4)抓住總反應(yīng)電池反應(yīng)一般都是自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)，在書寫電極反應(yīng)式時，有時未必能直接寫出某一極反應(yīng)式，對于陌生的電極反應(yīng)式，寫出其中一極反應(yīng)式和總反應(yīng)式，然后利用兩式相消，是得出另一極反應(yīng)式的常用方法。1．(2022·蘇州高三調(diào)研)一種Zn-PbO2電池工作原理如圖所示。下列說法正確的是(

)A．電池工作時電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B．放電過程中電極a區(qū)溶液的pH增大C．電池工作一段時間后K2SO4濃度增大D．b極區(qū)的反應(yīng)為PbO2＋4H＋＋4e－===Pb2＋＋2H2O答案解析答案題型2電解原理的綜合應(yīng)用利用電解原理進行物質(zhì)制備、分離、提純物質(zhì)和處理生產(chǎn)中的廢水是近年來高考中的常見題型，其中常涉及離子交換膜的相關(guān)知識?？疾榈闹R點主要有：1．電解池陰、陽極的判斷。2．電解質(zhì)溶液pH的變化，離子移動方向的判斷。3．電極反應(yīng)式的正誤判斷及與可持續(xù)發(fā)展的有機結(jié)合。4．離子交換膜種類及作用的判斷。5．電極反應(yīng)式的書寫及有關(guān)電化學(xué)的計算。例1

(2021·全國甲卷)乙醛酸是一種重要的化工中間體，可用如下圖所示的電化學(xué)裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。下列說法正確的是(

)答案[解題思路分析]

該裝置通電時，乙二酸被還原為乙醛酸，因此鉛電極為電解池陰極，石墨電極為電解池陽極，陽極上Br－被氧化為Br2，Br2將乙二醛氧化為乙醛酸，雙極膜中間層的H＋在直流電場作用下移向陰極，OH－移向陽極。KBr在上述電化學(xué)合成過程中除作電解質(zhì)外，同時還是電解過程中陽極的反應(yīng)物，陽極上為Br－失去電子生成Br2，生成的Br2將乙二醛氧化為乙醛酸，故A、B錯誤；電解過程中陰、陽極均生成乙醛酸，1mol乙二酸生成1mol乙醛酸轉(zhuǎn)移電子為2mol，1mol乙二醛生成1mol乙醛酸轉(zhuǎn)移電子為2mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒可知每生成1mol乙醛酸轉(zhuǎn)移電子為1mol，因此制得2mol乙醛酸時，理論上外電路中遷移了2mol電子，故C錯誤。解題思路分析例2

(2021·湖南高考節(jié)選)氨氣中氫含量高，是一種優(yōu)良的小分子儲氫載體，且安全、易儲運，可利用電解原理，將氨轉(zhuǎn)化為高純氫氣，其裝置如圖所示。(1)電解過程中OH－的移動方向為__________(填“從左往右”或“從右往左”)。(2)陽極的電極反應(yīng)式為________________________________。從右往左2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O[解題思路分析] (1)由圖可知，通NH3的一極氮元素化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，為電解池的陽極，則另一電極為陰極，電解過程中OH－移向陽極，則從右往左移動。解題思路分析1．電解池的電極反應(yīng)及其放電順序2．書寫電解池中電極反應(yīng)式——“三看”和“三注意”(1)“三看”①一看電極材料，若是金屬(Au、Pt除外)作陽極，金屬一定被電解(注：Fe生成Fe2＋)。②二看介質(zhì)，介質(zhì)是否參與電極反應(yīng)。③三看是否有特殊信息，如溶液的酸堿性、熔融鹽等。(2)“三注意”①一注意化學(xué)用語的正確使用：書寫電解池中某一電極反應(yīng)式時，一般以實際放電離子表示，但是書寫總反應(yīng)式時，弱電解質(zhì)寫成化學(xué)式。②二注意遵循守恒原則：電極反應(yīng)式等號兩邊滿足原子守恒、帶電荷總數(shù)守恒；陰、陽極電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相同。③三注意條件：書寫總反應(yīng)式時需注明條件“電解”。解答“離子交換膜題型”的思維方法第一步分清交換膜類型：即交換膜屬于陽離子交換膜、陰離子交換膜或質(zhì)子交換膜中的哪一種，判斷允許哪種離子通過交換膜第二步寫出電極反應(yīng)式：判斷交換膜兩側(cè)離子的變化，推斷電荷變化，根據(jù)電荷平衡判斷離子遷移的方向第三步分析交換膜的作用：在產(chǎn)品制備中，交換膜作用主要是提高產(chǎn)品純度，避免產(chǎn)物之間發(fā)生反應(yīng)1．(2022·海南高考)一種采用H2O(g)和N2(g)為原料制備NH3(g)的裝置示意圖如下。下列有關(guān)說法正確的是(

)A．在b電極上，N2被還原B．金屬Ag可作為a電極的材料C．改變工作電源電壓，反應(yīng)速率不變D．電解過程中，固體氧化物電解質(zhì)中O2－不斷減少答案解析解析

由裝置圖可知，N2在b電極轉(zhuǎn)化為NH3，N元素的化合價降低，得電子發(fā)生還原反應(yīng)，因此b電極為陰極，電極反應(yīng)式為N2＋3H2O＋6e－===2NH3＋3O2－，a電極為陽極，電極反應(yīng)式為2O2－－4e－===O2。由分析可知A正確；a電極為陽極，若金屬Ag作a電極的材料，則金屬Ag優(yōu)先失去電子，B錯誤；改變工作電源的電壓，反應(yīng)速率會發(fā)生改變，C錯誤；電解過程中，固體氧化物電解質(zhì)中O2－不會改變，D錯誤。2．(2021·天津高考)如下所示電解裝置中，通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成，F(xiàn)e2O3逐漸溶解，下列判斷錯誤的是(

)A．a(chǎn)是電源的負極B．通電一段時間后，向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出現(xiàn)紅色C．隨著電解的進行，CuCl2溶液濃度變大D．當0.01molFe2O3完全溶解時，至少產(chǎn)生氣體336mL(折合成標準狀況下)答案解析解析

通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成，電極反應(yīng)為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，發(fā)生氧化反應(yīng)，說明石墨電極Ⅱ為陽極，則b為電源正極，a為負極，石墨電極Ⅰ為陰極。隨著電解的進行，銅離子在陰極得電子生成銅單質(zhì)，所以CuCl2溶液濃度變小，故C錯誤。題型3充電電池一般以新型化學(xué)電源、物質(zhì)制備、可再生能源研究為載體進行原電池、電解池的綜合考查，是歷屆高考的熱點?？疾榻嵌葹椋?．陰陽極、正負極的判斷。2．氧化反應(yīng)或還原反應(yīng)類型的判斷。3．電子、離子移動方向的判斷，離子濃度的變化。4．電極反應(yīng)式的正誤判斷、書寫及電化學(xué)的相關(guān)計算。例1

(2022·廣東高考)科學(xué)家基于Cl2易溶于CCl4的性質(zhì)，發(fā)展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲能設(shè)備(如圖)。充電時電極a的反應(yīng)為：NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是(

)A．充電時電極b是陰極B．放電時NaCl溶液的pH減小C．放電時NaCl溶液的濃度增大D．每生成1molCl2，電極a質(zhì)量理論上增加23g答案[解題思路分析]

充電時電極a發(fā)生還原反應(yīng)，所以電極a是陰極，則電極b是陽極，故A錯誤；放電時電極反應(yīng)和充電時相反，則放電時電極a的反應(yīng)為Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，電極b反應(yīng)為Cl2＋2e－===2Cl－，可知反應(yīng)后Na＋和Cl－濃度都增大，NaCl溶液的pH不變，但NaCl溶液的濃度增大，故B錯誤，C正確；充電時陽極反應(yīng)為2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極反應(yīng)為NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，由得失電子守恒可知，每生成1molCl2，電極a質(zhì)量理論上增加23g/mol×2mol＝46g，故D錯誤。解題思路分析例2

(2021·湖南高考)鋅溴液流電池是一種先進的水溶液電解質(zhì)電池，廣泛應(yīng)用于再生能源儲能和智能電網(wǎng)的備用電源等。三單體串聯(lián)鋅溴液流電池工作原理如圖所示：下列說法錯誤的是(

)A．放電時，N極為正極B．放電時，左側(cè)貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小C．充電時，M極的電極反應(yīng)式為Zn2＋＋2e－===ZnD．隔膜允許陽離子通過，也允許陰離子通過答案[解題思路分析]

由圖可知，放電時，N電極為電池的正極，溴在正極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成溴離子，電極反應(yīng)式為Br2＋2e－===2Br－，M電極為負極，鋅失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成鋅離子，電極反應(yīng)式為Zn－2e－===Zn2＋，正極放電生成的溴離子通過離子交換膜進入左側(cè)，同時鋅離子通過交換膜進入右側(cè)，維持兩側(cè)溴化鋅溶液的濃度保持不變；充電時，M電極與直流電源的負極相連，作電解池的陰極，N電極與直流電源的正極相連，作陽極。由分析可知，A、C正確；由分析可知，放電或充電時，隔膜允許鋅離子和溴離子通過，維持兩側(cè)溴化鋅溶液的濃度保持不變，故B錯誤，D正確。解題思路分析1．把握充電電池題目的解答思路2．充電電池電極反應(yīng)的書寫1．(2021·福建高考)催化劑TAPP－Mn(Ⅱ)的應(yīng)用，使Li-CO2電池的研究取得了新的進展。Li-CO2電池結(jié)構(gòu)和該催化劑作用下正極反應(yīng)可能的歷程如圖所示。下列說法錯誤的是(

)A．Li-CO2電池可使用有機電解液B．充電時，Li＋由正極向負極遷移C．放電時，正極反應(yīng)為3CO2＋4Li＋＋4e－===2Li2CO3＋CD．*LiCO2、*CO、*LiC2O3和C都是正極反應(yīng)的中間產(chǎn)物答案解析解析 Li為堿金屬單質(zhì)，能與水反應(yīng)，因此Li-CO2電池可使用有機電解液，A正確；充電時Li＋由陽極(正極)向陰極(負極)移動，B正確；由正極反應(yīng)可能的歷程知，放電時正極上CO2發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：3CO2＋4Li＋＋4e－

===2Li2CO3＋C，C正確；根據(jù)圖示，*LiCO2、*CO、*LiC2O3是正極反應(yīng)的中間產(chǎn)物，C是正極反應(yīng)的最終產(chǎn)物，D錯誤。2．(2022·浙江三市高三質(zhì)量檢測)三元電池是電動汽車的新能源，其正極材料可表示為LiNixCoyMnzO2。充電時電池總反應(yīng)為LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)===Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6，其電池工作原理如圖所示，兩極之間有一個允許特定的離子X通過的隔膜。下列說法正確的是(

)A．允許離子X通過的隔膜屬于陰離子交換膜B．放電時，電流由A經(jīng)負載回到BC．充電時，B為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)D．放電時，負極反應(yīng)式為：LiaC6－ae－===6C(石墨)＋aLi＋答案解析解析

根據(jù)充電時電池總反應(yīng)可知，A為原電池的負極，B為正極，電池工作時，Li＋透過隔膜向正極移動，則X為Li＋，允許陽離子通過的隔膜屬于陽離子交換膜，A錯誤；放電時電流由正極B經(jīng)負載回到負極A，B錯誤；充電時A為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，B為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，C錯誤；根據(jù)充電時電池總反應(yīng)可知，放電時的負極反應(yīng)式為LiaC6－ae－===6C(石墨)＋aLi＋，D正確。專項作業(yè)

建議用時：40分鐘選擇題(每小題只有1個選項符合題意)1．熱激活電池可用作火箭、導(dǎo)彈的工作電源。該電池以Ca為負極，熔融無水LiCl－KCl混合物作電解質(zhì)，結(jié)構(gòu)如圖所示。正極反應(yīng)式為PbSO4＋2Li＋＋2e－===Li2SO4＋Pb。下列說法不正確的是(

)A．放電過程中，Li＋向正極移動B．常溫下電解質(zhì)是不導(dǎo)電的固體，電池不工作C．每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，理論上生成20.7gPbD．該電池總反應(yīng)為PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb解析

根據(jù)正極反應(yīng)式PbSO4＋2Li＋＋2e－===Li2SO4＋Pb可知，每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，理論上生成10.35gPb，C錯誤。答案解析2．(2022·廣州市高三階段訓(xùn)練)鎂－次氯酸鹽燃料電池具有比能量高、安全方便等優(yōu)點，該電池主要工作原理如圖所示。下列關(guān)于該電池的說法錯誤的是(

)A．鉑合金為正極，附近溶液的堿性增強B．電池工作時，OH－向鎂合金電極移動C．電池工作時，需要不斷添加次氯酸鹽以保證電解質(zhì)的氧化能力D．若電解質(zhì)溶液為H2O2、硫酸和NaCl的混合液，則正極反應(yīng)為H2O2＋2e－===2OH－答案解析解析 Mg→Mg(OH)2過程中Mg失去電子，故鎂合金是負極，則鉑合金是正極，由圖示知，正極反應(yīng)式為ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－，正極附近OH－增多，溶液堿性增強，A正確；電池工作時，OH－移向負極，即鎂合金電極，B正確；因為正極反應(yīng)物是ClO－，故電池工作時必須不斷添加次氯酸鹽，C正確；若電解質(zhì)溶液是H2O2、NaCl的酸性溶液，則正極反應(yīng)式是H2O2＋2e－＋2H＋===2H2O，D錯誤。3．中國首個空間實驗室——“天宮一號”的供電系統(tǒng)中有再生氫氧燃料電池(RFC)，它是一種將水電解技術(shù)與氫氧燃料電池技術(shù)相結(jié)合的可充電電池。下圖為RFC工作原理示意圖，a、b、c、d均為Pt電極。下列說法正確的是(

)A．B區(qū)的OH－通過隔膜向a電極移動，A區(qū)pH增大B．圖中右管中的OH－通過隔膜向c電極移動，d電極上發(fā)生還原反應(yīng)C．c是正極，電極上的電極反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑D．當有1mol電子轉(zhuǎn)移時，b電極產(chǎn)生氣體Y的體積為11.2L答案解析解析 B區(qū)為陰極區(qū)，水電離出的H＋放電，OH－向a電極移動，A區(qū)水電離出的OH－放電，H＋與B區(qū)的OH－結(jié)合生成H2O，pH基本保持不變，A錯誤；氣體Y為氫氣，在c極發(fā)生氧化反應(yīng)：H2－2e－＋2OH－===2H2O，氣體X是氧氣，在d極發(fā)生還原反應(yīng)：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以O(shè)H－向c極移動，B正確，C錯誤；D項，沒給出氣體所處狀況，錯誤。答案解析答案解析6．(2022·廣東省高考一模)為適應(yīng)可再生能源的波動性和間歇性，我國科學(xué)家設(shè)計了一種電化學(xué)裝置，其原理如圖所示。當閉合K1和K3、打開K2時，裝置處于蓄電狀態(tài)；當打開K1和K3、閉合K2時，裝置處于放電狀態(tài)。放電狀態(tài)時，雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－并分別向兩側(cè)遷移。下列有關(guān)該電化學(xué)裝置工作時的說法不正確的是(

)答案答案解析答案解析答案解析解析

電池工作時，光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，由圖中電子的移動方向可知，電極X為原電池的負極，故A錯誤。10．我國在太陽能光電催化－化學(xué)耦合分解硫化氫研究中獲得新進展，相關(guān)裝置如圖所示。下列說法中正確的是(

)A．該制氫工藝中光能最終轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B．該裝置工作時，H＋由b極區(qū)流向a極區(qū)C．a(chǎn)極上發(fā)生的電極反應(yīng)為Fe3＋＋e－===Fe2＋D．a(chǎn)極區(qū)需不斷補充含F(xiàn)e3＋和Fe2＋的溶液答案11．在環(huán)境和能源備受關(guān)注的今天，開發(fā)清潔、可再生新能源已成為世界各國政府